Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-4082
Repmann, Tobias
Stapelsolarzellen aus amorphem und mikrokristallinem Silizium
VI, 156 S., 2003

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung von Silizium-Dünnschichtsolarmodulen aus amorphem (a-Si:H) und mikrokristallinern Silizium (µc-Si:H) auf einer Substratfläche von 30x30 cm². Die Herstellung der Siliziumschichten erfolgte mit plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) unter Verwendung der Anregungsfrequenz von 13.56 MHz. SnO_-2 oder mit texturiertern ZnO beschichtes Glas diente als Substrat. Das texturierte ZnO wurde mittels Magnetronsputtern und anschließendern naßchernischen Ätzen hergestellt. Modifikationen des PECVD- Reaktors und insbesondere die Entwicklung von adaptierten Elektroden ermöglichten homogene Abscheidungeh bei Verwendung hoher Depositionsdrücke und Plasmaleistungen. Damit gelang es, qualitativ hochwertige µc-Si:H Schichten bei Depositionsraten von 0.5-1 nm/s abzuscheiden. Der Einsatz dieser Schichten als Absorberschicht in µc-Si:H p-i-n-Solarzellen lieferte Wirkungsgrade bis zu 9.4 %. Zusätzlich wurden a-Si:H Solarzellen mit unterschiedlichen i-Schichten für den Einsatz als Topzelle in a-Si:H/ µc-Si:H Tandemzellen entwickelt, die einen maximalen stabilisierten Wirkungsgrad von 11.2 % (Zellfläche 1 cm²) erreichten. Ein detailliertes Verständnis des Stromanpassungsverhaltens von Tandemzellen wurde durch die Variation von Top- und Bottomzelle sowie durch die begleitende Simulation der I-U-Kennlinien gewonnen. Erste a-Si:H/ µc-Si:H-Module auf 30x30 cm² Substratgröße wurden zunächst auf SnO₂-Substrat und später auf texturierten ZnO:Al-Substraten in enger Zusammenarbeit mit der RWE SCHOTT Solar GmbH realisiert. Die höchsten Modulwirkungsgrade betrugen 10.7 % und 9.7 % auf einer Aperturfläche von 64 cm² bzw. 689 cm².

This work adresses the development of silicon thin film solar modules based on amorphous (a-Si:H) and microcrystalline silicon (µc-Si:H) on 30x30 cm² substrate size using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). Commercially available SnO₂-coated glass or textured ZnO-coated glass prepared inhouse at the IPV by magnetron sputtering and post deposition wet chemical etching served as substrate. We applied 13.56 MHz plasma excitation frequency for the deposition of all silicon films. The reconstructions of the PECVD reactor and the development of an adapted electrode were required to provide homogeneous deposition in a regime of high deposition pressures and plasma powers. The intrinsic µc-Si:H films were prepared at deposition rates of 0.5-1 nm/s and showed excellent material quality. This was proven by µc-Si:H p-i-n cells yielding efficiencies up to 9.4 %. A-Si:H p-i-n cells were prepared using different types of a-Si:H i-layers to select the best suited for a-Si:H/ µc-Si:H tandem cells. Finally, such tandem cells were realised yielding up to 11.2% stabilised cell efficiency (cell size 1 cm²). The current matching behaviour was studied experimentally by a variation of top and bottom cell i-layer thicknesses. A further understanding was obtained by simulating I-V curves in the initial and stabilised state. First a-Si:H/ µc-Si:H solar modules on 30x30 cm² substrate size were realised on SnO₂-substrates in close co-operation with RWE SCHOTT Solar GmbH and later using texture-etched ZnO:Al-coated glass substrates. The latter showed initial efficiencies of 10.7% and 9.7% on aperture areas of 64 cm² and 689 cm², respectively.

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